The experimental and numerical investigation of the structural performance of a 3d rc frame built using a rc formwork system

Abstract

The effect of using reinforced concrete (RC) formwork system on the static and dynamic structural performance of a three dimensional RC frame is evaluated experimentally and numerically. A single story RC frame that is symmetric in both directions poured using RC formworks, called New Frame (NF) is compared to a reference frame built traditionally, namely Classical Frame (CF). Firstly, the dynamic characteristics of NF is compared with those of CF based on results obtained by shaker test and by modal analysis using finite element method (FEM) in Abaqus CAE. There is no significant deviation between two frames in terms of natural vibration frequencies as well as mode shapes. Secondly, static nonlinear pushover analysis (SNPA), particularly monotonic pushing, is carried out in order to determine the performance point of RC frames. Under a considered seismic condition, NF performs a lower value of spectral acceleration, about 86% of that of CF. Besides that the maximum displacement of NF exceeds the collapsed point of CF approximately 27%. Thirdly, two surface treatment methods consisting of steel shear connectors and rectangular shaped asperities are applied in order to enhance the shear capacity of inter-concrete substrates. The flexural strength of NF is improved about 12% applying a suitable ratio of shear links, about 0,48%. On the other hand, the bending capacity of NF using rectangular irregularities (5mm high 37,5mm wide and 37,5mm apart) is equal to 1,206 times the capacity of NF with smooth surfaces. Finally, the influence of normal load in columns on the inelastic behavior of studied structures is also examined in the present thesis. It is observed that larger normal force in columns upgrades the flexural behavior of structures but results in a performance point with a lower spectral acceleration value.Betonarme (BA) kalıp sisteminin üç boyutlu bir BA çerçevenin statik ve dinamik yapısal performansına etkisi, deneysel ve sayısal olarak değerlendirilmiştir. BA kalıplar kullanılarak her iki yönde simetrik ve tek katlı olarak dökülen ve yeni çerçeve (YÇ) olarak adlandırılan BA çerçeve, klasik yöntemlerle inşa edilen ve klasik çerçeve (KÇ) olarak adlandırılan referans çerçevesi ile karşılaştırılmıştır. İlk olarak, YÇ'nin dinamik karakteristikleri, sarsma testinden elde edilen sonuçlar ve Abaqus CAE'de sonlu elemanlar metodu (SEM) kullanılarak yapılan modal analizden elde edilen sonuçlar kullanılrak, KÇ ile karşılaştırılmıştır. Doğal titreşim frekansları ve mod şekilleri bakımından iki çerçeve arasında önemli bir fark yoktur. İkinci olarak, BA çerçevelerin performans noktasını belirlemek için, doğrusal olmayan statik itme analizi (DOSİA), özellikle monotonik itme, ile gerçekleştirilmiştir. Gözönüne alınan sismik koşul altında, YÇ, KÇ'nin yaklaşık %80'i oranında daha düşük bir spektral ivme değeri vermektedir. Bunun yanı sıra, YÇ'nin maksimum yer değiştirmesi, KÇ'nin göçme noktasını yaklaşık %27 aşmaktadır. Üçüncüsü, beton yüzeyler arası kesme kapasitesini arttırmak için çelik kesme elemanları ve dikdörtgen şekilli pürüzlendirmeden oluşan iki yüzey işleme yöntemi uygulanmıştır. YÇ'nin eğilme kapasitesi, çelik kesme elemanlarının yaklaşık %0,48 gibi uygun bir oranda uygulanmasıyla yaklaşık %12 oranında geliştirilebilmektedir. Diğer taraftan, dikdörtgen yüzey pürüzleri (3,5 mm yüksekliğinde 35mm genişliğinde ve 35mm aralıklı) kullanılarak yapılan YÇ'nin eğilme kapasitesi, düz yüzeyli YÇ'nin 1,206 katına eşittir. Son olarak, kolonlardaki normal yükün çalışılan yapıların elastik olmayan davranışları üzerine etkisi de bu tezde incelenmiştir. Kolonlardaki normal kuvvet arttıkça, yapıların eğilme davranışının iyileştiği, ancak daha düşük bir spektral ivme değerine sahip bir performans noktası elde edildiği gözlemlenmiştir.